《测绘学基础》知识DOC.docx

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《测绘学基础》知识要点

第一章绪论

内容：

⑴了解测绘学科的起源、发展沿革与分支学科的研究领域；⑵测绘学的任务与作用。

重点：

大地测量学与地形测量学的研究领域和工作内容。

难点：

无。

§1-1测绘学的定义

研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。

它是地球科学的一个分支学科。

即：

研究地球与空间有关数据（地理信息）的采集、量测、处理和应用的一门科学。

§1-2测绘学的分支学科

☆大地测量学：

主要研究整个地球的形状、大小和地球重力场及其变化，通过建立区域和全球三维控制网及利用卫星测量、甚长基线干涉测量等方法测定地球各种动态的理论和技术。

☆地形测量学：

测量小区域内的地球表面形状时，将其作为平面而不考虑地球曲率的影响而进行的测量工作。

☆摄影测量学与遥感不接触物体本身，用传感器收集目标物的电磁波信息，经处理、分析后，识别目标物的形状、大小和空间位置，揭示其几何、物理特性和相互联系及其变化规律的科学技术。

☆工程测量学:

研究工程建设和自然资源开发中各个阶段进行的测量工作及建立相应信息系统的理论与技术的学科。

☆海洋测绘学:

研究有关海洋几何要素、海面地形等自然和社会分布及编制海图的理论与技术的学科。

☆地图制图学:

研究地图的信息传输、投影原理、制图概况和地图设计、编制、及建立地图数据库的理论与技术的学科。

☆地理信息系统：

在计算机软件和硬件支持下，把各种地理信息按照空间分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统。

第二章测绘学基本知识

内容：

⑴了解地球的形状、大小与点位的确定方法；⑵掌握直线定向和空间点位的测算原理与方法；⑶了解地球表面曲率对测绘成果的影响情况；⑷熟悉常用坐标系统、高斯地图投影方法、地图分幅方法；⑸掌握大比例尺地形图测绘的基本原理；⑹了解控制测量与地形测量的一般原理与技术方法。

重点：

⑴直线定向和空间点位的测算原理与方法；⑵常用坐标系统、高斯投影、地图分幅方法；⑶大比例尺地形图的测绘原理。

难点：

⑴地球自然表面、大地水准面和椭球体面之间的关系；⑵测绘上地面点位置表示方法与数学的区别；⑶常用的坐标系统及表示方法、所依据的基准；⑷高斯投影的基本方法与分度带概念。

§2-1地球的几何要素

1.地球的形状

2.1.1地球的自然表面

陆地29％，最高─珠穆朗玛峰8844.43m（2005年10月）；海洋71％，最低─马里亚纳海沟-11022m。

1.2大地水准面

与处于流体静平衡状态的海洋面（平均海水面）重合并延伸向大陆且包围整个地球的重力等位面。

★大地水准面──测量工作外业的基准面；

★铅垂线──测量工作外业的基准线。

★大地体──大地水准面包围的地球形体。

1.3参考椭球体面

★参考椭球体──大小与大地体很接近的旋转椭球，作为地球的参考形状和大小。

★参考椭球体面──测量工作内业的基准面；

★过椭球面法线──测量工作内业的基准线。

2.地球的大小

★扁率：

；a─长半轴；b─短半轴。

★平均半径：

，或

。

3.参考椭球体定位

★大地原点：

在大地水准面与参考椭球体面非常接近的地球表面处选择一点P，设想椭球体与大地体相切，切点P’在P点的铅垂线上，这时P’点的法线与该点对大地水准面的铅垂线重合，并使椭球的短轴与地球自转轴平行。

这个过程叫参考椭球体定位，P点称为大地原点。

★国家大地原点：

1980年国家大地测量参考系的原点──位于陕西省泾阳县永乐镇。

§2-2确定地面点位的方法

1概念

⑴球面/平面──坐标→坐标投影；铅垂线─→竖直距离

2点的高程/标高

2.1定义①绝对高程：

地面点到大地水准面的铅垂距离，亦称海拔

②假定高程：

地面点到某一假定水准面的铅垂距离，亦称相对高程

2.2我国大地水准面（①“1985年高程基准”）：

青岛黄海平均海水面──H黄＝0m，

青岛观象山水准原点──H0＝72.260m，（1953～1979年验潮资料，1987年启用）。

②“1956年黄海高程系”：

H0=72.289m，（1950～1956年资料）。

国家高程控制网是确定地貌地物海拔高程的坐标系统，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。

目前提供使用的1985国家高程系统共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619．1公里。

2.3高差:

两点之间高程的差值。

3点在投影面上的坐标（

3.1地理坐标（

地轴：

NS──地球自转轴；南极、北极：

N，S；子午面：

过地轴的平面；起始（首、本初）子午面（：

格林威治子午面；赤道面：

过球心与地轴正交的平面：

经线（子午线、子午圈）：

子午面与椭球面的交线；首（本初）子午线:

通过Greenwich天文台；纬线（纬圈、平行圈）：

与地轴正交并平行赤道面在椭球面的截线。

⑴天文坐标──大地水准面上：

①天文经度（λ：

两子午面间的二面角（即两地间时角差）；

②天文纬度φ：

过地面点铅垂线与赤道面的交角。

⑵大地坐标──椭球面上：

①大地经度B：

两子午面间的二面角；

②大地纬度L：

过某点法线与赤道面的交角。

★1954年北京坐标系：

以1942年前苏联西部普尔科夫为原点联测的北京原点坐标系，采用克拉索夫斯基椭球元素。

★1980年国家大地坐标系：

西安泾阳县永乐镇大地原点的坐标系，采用1975年国际椭球元素（第三个推荐值）

a＝6378140m；b＝6356755m；f＝1/298.257

国家平面控制网是确定地貌地物平面位置的坐标体系，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。

目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共154348个，构成1954北京坐标系统、1980西安坐标系两套系统。

3.2高斯平面坐标系

采用高斯投影（等角横轴切椭圆柱投影），地球椭球面与平面间的分带正形投影的坐标系统。

⑴6°带（适合1/2.5万～1/5万地形图）：

从首子午线起，每6°一带。

各带中央子午线经度：

L6＝6°N－3°。

其中：

N──投影带号。

全球N＝1～60。

我国72°～136°，即第13～23带，即11个6°带。

阜新6°带中央子午线L6＝6°×21－3°＝123°。

▲坐标

★自然值：

──用于内业计算；

★通用值：

X通＝X自；Y通＝Y自＋500km（X轴西移）＋带号。

──用于资料管理。

⑵3°带（减少投影带边缘的长度变形）:

从东经1°30′起，每3°一带。

（适合＞1/2.5万地形图），

各带中央子午线经度：

L3＝3n°。

3.3独立平面直角坐标测区小，曲面→平面。

§2-3直角坐标系

1坐标推算

已知：

点1的坐标X1，Y1，点1和2间的平距S12与方位角

；求：

点2坐标X2，Y2。

2直线定向

2.1基准方向

★真子午线（真北）方向：

过地球某点的真子午线的切线方向。

★磁子午线（磁北）方向：

磁针自由静止时其轴线方向。

★坐标纵轴（坐标北）方向：

高斯平面坐标系x轴方向。

2.2基准方向间的关系

★磁偏角δ：

过某点的磁子午线方向与过该点真子午线方向的夹角。

（东偏＋，西偏－）。

★子午线收敛角γ：

各子午线与该带中央子午线的夹角。

（东＋，西－）γ＝△LsinB。

2.3方位角（Azimuths）──直线的方向

⑴定义：

从基准方向北端顺时针到某直线的角度。

★真方位角A真──以真北为基准方向；

★磁方位角A磁──以磁北为基准方向；

★坐标方位角

──以坐标北为基准方向。

⑵换算关系：

。

2.4象限角（Bearings）

⑴定义：

某直线与基准方向间的锐角。

以R表示。

⑵方位角与象限角间换算关系：

直线方向

根据象限角R求方位角A

根据方位角A求象限角R

第一象限

第二象限

第三象限

第四象限

A=R

A=180o-R

A=180o+R

A=360o-R

R=A

R=180o-A

R=A-180o

R=360o-A

2.5正反方位角

⑴正方位角：

X轴方向与某直线前进方向间的坐标方位角。

⑵反方位角：

X轴方向与某直线后退方向间的坐标方位角。

。

3地面点坐标测算原理

☆直接测算──天文测量、GPS测量等；☆间接测算──常规（大地、普通）测量。

3.1坐标正算

；

；…………。

3.2坐标反算象限角：

；

平距：

3.3象限的判定（Determinantforquadrants）

§2-4地图的基本知识

1地图定义

①传统定义：

地图是根据特定的数学法则，将地球或星球上的自然和社会经济现象通过制图综合，并以符号和注记缩绘到平面上的图像。

②现代定义：

地图是遵循一定的数学法则，将客体（地球及其它星球）上的地理信息，通过科学的概括，并运用符号系统表示在一定载体上的图形，一传递它们的数量和质量在时间与空间上的分布规律和发展变化。

2地图基本特性①数学法则；②地图概括/制图综合）；③符号系统；④地理信息载体

3地图内容

3.1数学要素

⑴坐标网；⑵大地控制点；⑶比例尺（；⑷定向指标线……

3.2地理要素（图形要素）

反映制图对象相对地理位置及与地理环境间联系的要素。

——地图的基本内容。

⑴自然地理要素；⑵社会经济地理要素。

3.3辅助要素

①图名；②图号；③图例（Legend）；④接图表；⑤图廓；⑥分度带；⑦量图用表；⑧附图；⑨编图资料；⑩成图说明；……。

3.4补充资料

⑴补充地图；⑵表格。

4地图分类

4.1按内容分类

⑴普通地图

①平面图；②地形图；③地理图或一览图。

⑵专题地图①自然地图；②社会经济地图；③工程技术地图

4.2按比例尺分类（见表4-1）

5地图成图法

5.1实测成图法：

实地测绘而制作地图。

5.2编绘成图法：

根据已有地图和编图资料在室内编制新图。

5.3机助成图法：

依据图数转换原理，以计算机为中心设备的现代成图法。

5.4遥感资料成图法：

以航空像片为原始资料进行分析和量测绘成地形图。

表4-1地图按比例尺分类

大比例尺

中比例尺

小比例尺

普通地图

≥1/1万

＜1/1万，而≥1/100万

＜1/100万

地形图

≥1/5千

＜1/5千，而≥1/5万

≤1/5万

6地图比例尺

6.1比例尺：

地图上线段长/实地线段在椭球面上水平投影长（1/M）。

6.2表示形式

⑴数字比例尺；⑵图解比例尺含①直线比例尺：

②微分（斜分）比例尺⑶复式比例尺。

6.3地图比例尺系八种常用：

1/5千；1/1万；1/2.5万；1/5万；1/10万；1/25万；1/50万；1/100万。

6.4比例尺精度

依据：

人眼辨别误差δ=0.1mm的实际距离，要求地面实际误差Δ≤200mm时：

∵1/M=δ/Δ；∴M=Δ/δ＝200/0.1=2000；则比例尺1/M=1/2000。

7地图的分幅和编号

7.1分幅形式

⑴梯形分幅：

按经纬线划分；⑵矩形分幅：

按纵横坐标划分;

⑶圆形分幅：

两极；⑷椭圆分幅：

少用。

7.2梯形分幅编号──1909年国际统一规定编号（见表4-2）。

7.3矩形分幅编号

⑴一般编号法：

≥1/2千图：

编号为图幅西南角坐标值（km）。

其中：

1/2千和1/1千图：

编号值取一位小数（如：

22.0-10.0和21.5-11.5）；

1/5百图：

编号值取二位小数（如：

21.00-11.25）。

⑵流水编号法：

自左到右，从上到下，用阿拉伯数字和罗马数字顺序编排（如：

20-Ⅱ）。

表4-2地图梯形分幅编号

地图比例尺

图幅大小

图幅包含关系

图幅编号示例

经度差

纬度差

1/100万

1/50万

1/25万

1/10万

1/5万

1/2.5万

1/1万

1/5000

1/2000

6°

3°

1°30′

30′

15′

7′30″

3′45″

1′52.5″

37.5″

4°

2°

1°

20′

10′

5′

2′30″

1′15″

25″

1/100万图幅包含4幅

1/100万图幅包含16幅

1/100万图幅包含144幅

1/10万图幅包含4幅

1/5万图幅包含4幅

1/10万图幅包含64幅

1/1万图幅包含4幅

1/5000图幅包含9幅

J-50

J-50-A

J-50-[1]

J-50-1

J-50-144-A

J-50-144-A-2

J-50-144-（62）

J-50-144-（62）-b

J-50-1440-（62）-b-8

8地物的地图表示法

8.1基本概念⑴地图符号；⑵地图注记；⑶地图图式。

8.2地图符号的种类

⑴按地理事物分布特征：

①点状符号；②线状符号）：

③面状符号

⑵按地图比例尺：

①依比例尺符号（真形、轮廓图形）；②半依比例尺符号（形状符号）；③不依比例尺符号

9地貌的地图表示法

9.1地貌的基本形态（

⑴平地（flat）：

δ＜2°；⑵丘陵地：

2°≤δ＜6°；⑶山地：

6°≤δ＜25，当δ＞25°──高山地。

9.2地貌特征线（地性线）

⑴山脊线/分水线⑵山谷线/集水线。

9.3等高线

⑴等高线特性：

①同条等高线上各点高程相等；②等高线不能中断；③任一条等高线不能分岔，不同高程等高线一般不能相交或合并；④等高线与地性线正交，接近山谷线时凸向高处，接近山脊线时凸向低处；⑤等高线不能横穿河流，接近河岸线时折向上游，与河岸正交；⑥等高线越密集，地面坡度越陡，反之越缓。

⑵等高距（intervals）

⑶等高线种类①基本等高线/首曲线；②半距等高线/间曲线；③辅助等高线/助曲线；④加粗等高线/计曲线

9.4示坡线区别山头与盆地而在等高线上沿斜坡下降方向绘的短线。

第三章水准测量

内容：

⑴了解高程测量的常用方法；⑵掌握几何水准测量的基本原理与基本技术；⑶熟练掌握水准仪的使用方法与水准测量外业施测技术；⑷熟悉水准测量的误差来源与应对措施；⑸我国高程基准与水准网布设概况。

重点：

⑴微差水准测量的基本原理与内业计算；⑵水准仪使用方法与普通水准测量外业施测方法。

难点：

水准仪的检验与校正。

§3-1基本知识

1我国高程基准（VerticalDatuminChina）

1985年国家高程基准，青岛观象山水准原点:

H0＝72.260m。

国家高程控制网分为一、二、三、四等网。

目前共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619．1公里。

2几何水准测量原理（Basicprinciplesofleveling）

用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。

即：

，

（a＞b则hAB为＋，反之为－）。

3仪器高法（methodbyinstrumentheight）

适用于建筑施工测量。

§3-2地球曲率和大气折光CURVATUREANDREFRACTION

1地球曲率影响（

偏差

，K——距离（km）。

2大气折光影响偏差

，K——距离（km）。

3两项共同影响（Effectofboth）

，K——距离（km）。

§3-3高程测量类型LEVELINGMETHODS

①几何水准测量（DirectLeveling）；②三角高程测量（TrigonometricLeveling）；③气压高程测量（BarometricLeveling）；④流体静力高程测量（HydrostaticLeveling）；⑤GPS高程测量（GPSVerticalSurveying）。

.

§3-4几何水准测量的仪具EQUIPMENTSFORDERECTLEVELING

1水准仪按精度分级（Levelclassificationbyprecisions）

每千米水准测量往返测量高差中数的中误差（单位：

mm）。

①DS05：

一、二等水准测量；②DS1：

三、四等水准测量；③DS3：

工程水准测量；④DS10：

一般水准测量。

2水准仪结构（Configurationoflevel）

2.1三角架（Tripod）：

中心螺旋（centralscrew）连接水准仪和三角架；

2.2基座（tribrach）；脚螺旋（footscrew）用于圆水准器粗略整平。

2.3照准部（alidade）：

⑴望远镜（telescope）：

①瞄准器（collimator）用于粗略瞄准；

②物镜（objectivelens）；

③目镜（eyepiece）；

④十字丝板（reticle）：

竖丝（verticalhair）──对准目标；横丝（horizontalhair）──尺上读数；视距丝（stadiahairs）──视距测量。

⑤物镜对光螺旋（focusingscrew）调整使目标清晰；

⑥目镜对光螺旋（focusingscrew）调整使十字丝清晰，消除视差。

其中：

望远镜放大率（magnifyingpower）为将实际视角扩大为影像视角的倍数；视差（parallax）为观测目标影像面未与十字丝板正确重合而产生的影像偏差。

⑵水准器（Levelvials）：

①管状水准器（leveltube）用于精确整平：

气泡（bubble）；分划线（graduation）：

间隔2mm；符合棱镜（coincidenceprism）反射气泡两端影像，来判断居中；水准管轴（levelingaxis）为通过水准管刻划中点与其圆弧的切线；气泡居中（bubblecentering）为气泡中心与刻划中点（零点）重合；水准管分划值（interval）：

水准管相邻两分划间圆弧的圆心角，DS3级τ″＝20″/2mm。

②圆水准器（circularlevel/bull’seyelevel）用于粗略整平：

水准器零点:

分划圆心；轴线：

过水准器球面的法线；分划值：

一般8′。

⑶螺旋系统（Screws）：

①制动螺旋（clampscrew）用于松开和固定仪器；

②微动螺旋（tangentscrew）用于制动螺旋拧紧后，左右移动进行精确瞄准目标；

③微倾螺旋（tiltingscrew）上下移动使气泡居中。

⑷底盘（baseplate）：

与基座连接。

3水准尺（Levelingrods）

黑红双面水准尺（dual-facesrodsofblackandred）：

黑红差常数K，即红面起始注记值，一般为4787、4687、4587、4487mm等。

4尺垫（Footplates）

⑴平垫（levelshoe）：

用于普通水准测量；⑵尺桩（levelspike）：

用于高等水准测量。

§3-5水准测量内外业FIELDANDOFFICEWORKFORLEVELING

1水准仪操作步骤（Operatingprocedureforlevels）

1.1仪器安置（Instrumentsetting-up）；架设三脚架，调整脚架高度使架头基本水平。

1.2粗略整平（Roughlyleveling）；转动脚螺旋使用圆水准器气泡居中。

1.3瞄准目标（Sightingtarget）；旋转望远镜，用制动与微动螺旋瞄准，转动对光螺旋使影像清晰。

1.4精确整平（Preciselyleveling）；转动微倾螺旋使符合水准器气泡精确居中。

1.5读数记录（Reading&Recording）：

观测员估读至mm并报数，记录仪复报无误后正确记录。

2.仪器高法（methodbyinstrumentheight）

仪器视线高程：

，其它各点高程：

。

──该法可以应用在建筑测量中，测定任意点的高程。

3.微差水准测量（DifferentialLeveling）

从起始点起，在包括转点的各点之间依次连续设站至终点，测定各点间高差；全部高差的代数和即为起、终点间的高差：

3.1转点（Turningpoint）：

当待测得两点间相距过远或高差过大时，中间加设传递高程的过渡点。

3.2普通水准测量方法（MeansofPrimaryLeveling）

⑴单面尺法（bysingleface）；

⑵两次仪器高法（bydoublesetups）；

⑶双面尺法（bydual-faces）：

观测顺序──后前前后/黑黑红红，限差规定：

①黑面读数＋K－红面读数＜±4mm；②黑面高差－红面高差＜±6mm。

3.3普通水准测量成果整理（OfficeWorkforPrimaryLeveling）

⑴高差闭合差计算（Misclosurecomputationforthedifferenceinelevation）

①闭合路线（closedroute）：

，。

②附合路线（connectingroute）：

。

③往返水准支线（forwardandbackwardspur/openroute）：

。

④水准网（levelnet）：

简易平差。

⑵图根水准测量规定（Allowablemisclosureforprimaryleveling）：

平原地区：

，L──水准路线长度，单位：

km。

②丘陵地区：

，n──水准路线上测站总数。

3.4闭合差调整与各点高程计算（Adjustmentforelevations）

⑴原则（principle）：

闭合差按路线长度或测站数以反符号成比例分配到各段高差中。

⑵步骤（procedure）：

①点号、已知和观测数据填入表格；

②求高差闭合差和允许闭合差；

③调整闭合差：

，；

④改正后高差检核：

；

⑤各点最后高程计算：

。

§3-6水准仪的检验校正LEVELTESTINGANDADJUSTING

1水准仪应具备的几何关系（Geometryofalevel）

⑴水准管轴（level-tubeaxis）∥视准轴（collimationline）：

水准管气泡居中时，视准轴应水平；

⑵圆水准轴（circularlevelaxis）∥仪器竖轴（instrumentverticalaxis）：

圆水准器气泡居中时，仪器竖轴应铅垂；

⑶横丝（horizontalcrosshair）⊥仪器竖轴（instrumentverticalaxis）：

竖轴铅垂时，横丝应水平。

2检较方法（TestingandAdjusting）

2.1圆水准轴∥仪器竖轴

①旋转脚螺旋使气泡居中；②仪器转180°，若气泡偏离，则校正。

③转动脚螺旋调整偏离值的1/2；④用改针调整圆水准器校正螺丝，使气泡居中；⑤反复几次，直至气泡在任何位置都居中为止。

2.2横丝⊥竖轴

①整平后以横丝一端瞄准墙上一点；②拧紧制动螺旋，转动微动螺旋；③若该点偏离横丝，则校正。

④取下目镜处金属护盖，旋松十字丝环的4个固定螺丝；⑤微微转动十字丝环，使横丝水平；⑥反复调整直至满足要求；⑦拧紧固定螺丝，旋上护盖。

2.3水准管轴∥视准轴（i角检验）

i角：

水准管轴与视准轴在竖直面上投影的夹角。

交叉误差：

水准管轴与视准轴在水平面上投影的夹角。

①见上图，在平坦地面上丈量直线AJ2=4